In che modo le piccole dimensioni dei pori aiutano la membrana RO a raggiungere la desalinizzazione dell'acqua di mare?

1. Dimensione dei pori estremamente minuscole: la scala di precisione del mondo microscopico
La dimensione dei pori del RO Membrana può essere chiamato la scala di precisione definitiva nel mondo microscopico. Di solito, la sua dimensione dei pori è solo di circa 0,0001 micron, il che è così piccolo che è quasi inimmaginabile. Per sentire questa scala in modo più intuitivo, possiamo confrontarla con sostanze comuni. La maggior parte dei virus ha un diametro tra 0,02 e 0,3 micron e la dimensione dei pori della membrana RO è molto più piccola di quella della maggior parte dei virus. Con una dimensione dei pori così minuscole, solo molecole molto piccole come le molecole d'acqua hanno la possibilità di passare.
Il diametro di una molecola d'acqua è di circa 0,276 nanometri. In confronto, il diametro del sale nell'acqua di mare, come le coppie di ioni di cloruro di sodio, è di circa 0,5 nanometri e le dimensioni di microrganismi come Escherichia coli sono persino a livello di micron. Questa enorme differenza di dimensioni rende la membrana RO come un super setaccio ben progettato nel processo di desalinizzazione dell'acqua di mare. Il sale e le impurità non possono passare attraverso i micropori sulla membrana a causa delle loro grandi dimensioni, mentre le molecole d'acqua possono passare relativamente facilmente attraverso questi canali di micropori e trasferirsi dal lato dell'acqua di mare al lato dell'acqua dolce a causa delle loro piccole dimensioni.
Dal punto di vista dei principi fisici, questo meccanismo di screening basato sulle differenze di dimensioni è coerente con la meccanica dei fluidi e la teoria della diffusione molecolare. Quando l'acqua di mare scorre attraverso la membrana RO sotto pressione esterna, le molecole d'acqua seguono la legge del movimento browniano sotto pressione e trovano e passano attraverso i pori di membrana su scala microscopica. Tuttavia, il sale e le impurità non possono partecipare a questo microscopico "percorso di attraversamento" perché le loro dimensioni superano la gamma di pori di membrana e sono effettivamente intercettate. Questo preciso effetto di screening fornisce la garanzia più semplice per la desalinizzazione dell'acqua di mare ed è uno degli elementi chiave per le membrane RO per diventare "schermi" precisi.

2. Composizione unica dei materiali: base materiale della microstruttura
Il motivo per cui la microstruttura della membrana RO può essere così precisa è inseparabile dalle caratteristiche uniche dei materiali polimerici che la costituiscono. Esistono molti tipi di materiali polimerici che costituiscono membrane RO, tra cui poliammide, acetato di cellulosa, ecc. Sono materiali più comuni. Questi materiali polimerici hanno strutture chimiche uniche e proprietà fisiche, fornendo una base materiale per la costruzione di microstrutture precise.
Prendendo membrane composite di poliammide come esempio, di solito sono composte da uno strato di separazione attivo in poliammide ultra-sottile e uno strato di supporto. Lo strato di separazione attiva di poliammide è la parte fondamentale per raggiungere la separazione di sale e impurità. Forma una struttura microporosa estremamente fine sulla superficie dello strato di supporto attraverso tecnologie avanzate come la polimerizzazione interfacciale. Il materiale di poliammide stesso ha una buona stabilità chimica e resistenza meccanica e può resistere a varie pressioni ed effetti chimici nel processo di desalinizzazione mantenendo la stabilità della microstruttura.
Nella microstruttura dello strato di separazione attiva di poliammide, le catene molecolari interagiscono tra loro attraverso legami covalenti e legami idrogeno, formando una disposizione stretta e ordinata. Questa disposizione non solo determina la dimensione e la distribuzione dei pori della membrana, ma influisce anche l'affinità e la repulsione della membrana a sostanze diverse. Ad esempio, alcuni gruppi funzionali sulla catena molecolare di poliammide, come i gruppi di ammide, hanno una certa polarità e possono formare legami idrogeno con molecole d'acqua, promuovendo così la trasmissione di molecole d'acqua nei pori di membrana. Per gli ioni sale caricati, la distribuzione della carica sulla superficie della membrana di poliammide produrrà repulsione elettrostatica, impedendo ulteriormente il passaggio del sale attraverso i pori di membrana.
Le membrane di acetato di cellulosa hanno anche proprietà microstrutturali uniche. L'acetato di cellulosa è un derivato della cellulosa che contiene un gran numero di gruppi idrossilici e acetilici nella sua struttura molecolare. Questi gruppi funzionali forniscono membrane di acetato di cellulosa buona idrofilia e selettività. Su scala microscopica, le molecole di acetato di cellulosa interagiscono attraverso forze intermolecolari di van der Waals e legami idrogeno per formare una struttura a membrana con una dimensione e porosità dei pori specifici. Questa struttura può effettivamente bloccare il sale e le impurità nell'acqua di mare consentendo al contempo le molecole d'acqua di passare per raggiungere la desalinizzazione dell'acqua di mare.

3. Morfologia complessa della superficie microscopica: "terreno robusto" del mondo microscopico
A livello microscopico, la superficie della membrana RO non è piatta e liscia, ma presenta un terreno complesso pieno di piccole scanalature e pori. Questa complessa morfologia superficiale migliora ulteriormente la capacità della membrana RO di fungere da "setaccio" di precisione.
I micropori sulla superficie della membrana RO non sono semplici fori circolari, ma hanno forme complesse e distribuzioni irregolari. Questi micropori possono essere ellittici, poligonali o persino alcune forme irregolari che sono difficili da descrivere. Inoltre, la loro distribuzione sulla superficie della membrana non è uniforme, ma piuttosto casuale. Questa forma e distribuzione irregolare aumenta la difficoltà per il sale e le impurità per passare attraverso i pori di membrana.
Quando il sale e le impurità cercano di passare attraverso i pori della membrana, non solo affrontano la limitazione delle dimensioni dei pori, ma anche le sfide portate dalla forma e dalla distribuzione dei pori di membrana. A causa dell'irregolarità dei pori di membrana, il sale e le impurità possono essere bloccati quando si avvicinano ai pori di membrana perché non possono abbinare perfettamente i pori di membrana. Ad esempio, una particella colloidale di forma irregolare può essere intercettata quando si tenta di passare attraverso un poro di membrana ellittica perché alcune parti della particella non possono passare attraverso la parte stretta del poro di membrana.
Inoltre, le scanalature microscopiche e i pori sulla superficie della membrana RO influenzano anche il flusso e la diffusione delle molecole d'acqua sulla superficie della membrana. Prima di passare attraverso i pori di membrana, le molecole d'acqua devono diffondersi e migrare in una certa misura sulla superficie della membrana. La complessa morfologia della superficie della membrana può aumentare l'area di contatto tra le molecole d'acqua e la superficie della membrana, promuovere la diffusione delle molecole d'acqua e quindi aumentare il flusso d'acqua della membrana. Allo stesso tempo, questa complessa morfologia della superficie aiuta anche a ridurre la deposizione di sale e impurità sulla superficie della membrana, ridurre il rischio di inquinamento della membrana e garantire il funzionamento stabile a lungo termine della membrana RO.

4. Effetto sinergico della microstruttura: l'efficienza complessiva della precisione "schermo"
La microstruttura della membrana RO non è una semplice aggiunta di ciascun componente, ma attraverso l'effetto sinergico della dimensione dei pori estremamente fine, la composizione unica del materiale e la complessa morfologia della superficie microscopica, ha creato congiuntamente la sua potente efficienza come "schermo".
Le dimensioni minuscole della dimensione dei pori forniscono la barriera fisica più elementare per la separazione tra molecole d'acqua e sale e impurità. La struttura chimica unica e le proprietà fisiche del materiale determinano la selettività e la stabilità della membrana, consentendo alla membrana RO di mantenere buone prestazioni in un complesso ambiente di acqua di mare. La complessa morfologia della superficie microscopica migliora ulteriormente la capacità di separazione e le prestazioni anti-inquinamento della membrana.
Nell'effettivo processo di desalinizzazione, questi elementi microstrutturali cooperano tra loro e lavorano insieme. Quando l'acqua di mare scorre verso la membrana RO sotto pressione, prima di tutto, il sale e le impurità sono inizialmente intercettati sulla superficie della membrana a causa dell'enorme differenza di dimensioni e pori di membrana. Quindi, le proprietà chimiche del materiale e della distribuzione della carica superficiale si assorbono o respingono il sale e le impurità, impedendo ulteriormente loro di passare attraverso i pori di membrana. Allo stesso tempo, le molecole d'acqua si diffondono e migrano nella complessa topografia della superficie della membrana, trovano e passano attraverso i pori di membrana e raggiungono il trasferimento dall'acqua di mare all'acqua dolce.